Harvard-Forscher entwickeln selbstbetriebenen Sensor für weiche Roboter und intelligente Kleidung

Forscher an der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) haben einen weichen, dehnbaren, selbstbetriebenen Thermometer entwickelt, der in intelligente Roboter und dehnbare Elektronik integriert werden kann.

Die Forschung wurde in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.

Zhigang Suo ist Professor für Mechanik und Materialwissenschaften an der SEAS und Senior-Autor des Papiers.

“Wir haben weiche Temperatursensoren mit hoher Empfindlichkeit und schneller Reaktionszeit entwickelt, was neue Möglichkeiten zur Schaffung neuer Mensch-Maschine-Schnittstellen und weicher Roboter im Gesundheitswesen, in der Technik und im Unterhaltungsbereich eröffnet”, sagte Suo.

Aufbau des Thermometers

Das Thermometer besteht aus drei Teilen: einem Elektrolyten, einer Elektrode und einem Dielektrikum, das sie trennt. Die Elektrolyt-Dielektrikum-Grenzfläche sammelt Ionen, und die Dielektrikum-Elektrode-Grenzfläche sammelt Elektroden.

Durch die Ladungsungleichheit zwischen den beiden entsteht eine Ionenwolke im Elektrolyten. Diese Ionenwolke ändert dann ihre Dicke und erzeugt eine Spannung, wenn die Temperatur ändert. Während die Spannung temperaturabhängig ist, ist sie unempfindlich gegen Dehnung.

Anpassung des Sensors

Yecheng Wang ist ein Postdoktorand an der SEAS und Erstautor des Papiers.

“Da das Design so einfach ist, gibt es viele verschiedene Möglichkeiten, den Sensor anzupassen, je nach Anwendung”, sagte Wang. “Man kann verschiedene Materialien wählen, sie auf verschiedene Weise anordnen und für verschiedene Aufgaben optimieren.”

Die Forscher konnten den Elektrolyten, das Dielektrikum und die Elektrode in verschiedenen Konfigurationen anordnen, was zu vier Designs für den Temperatursensor führte. Sie testeten es, indem sie den Sensor in einen weichen Greifer integrierten und die Temperatur eines heißen, hartgekochten Eies maßen. Die Sensoren waren empfindlicher als herkömmliche thermoelektrische Thermometer und konnten auf Temperaturänderungen innerhalb von 10 Millisekunden reagieren.

“Wir haben demonstriert, dass diese Sensoren klein, stabil und sogar transparent sein können”, sagte Wang.

Das Thermometer kann Temperaturen von bis zu 200 Grad Celsius oder so kalt wie -100 Grad Celsius messen, je nachdem, welche Materialien verwendet werden.

“Diese hoch anpassbare Plattform könnte neue Entwicklungen ermöglichen, um das Internet aller Dinge und aller Menschen zu ermöglichen und zu verbessern”, sagte Suo.